第1、2節(jié)　電磁振蕩電磁波

核心素養(yǎng)導學物理觀念(1)了解電磁振蕩，知道LC振蕩電路中電荷、電場、電流、磁場的動態(tài)變化情況及電場能與磁場能的轉化情況。(2)了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想，知道電磁波的概念。(3)了解電磁場是物質(zhì)的一種形式，會從電磁場的物質(zhì)性與能量傳播的觀點解釋電磁波的發(fā)射與接收?？茖W思維(1)知道電磁振蕩的周期與頻率，會用其分析、解釋有關問題。(2)經(jīng)歷分析電磁振蕩周期與L、C關系的過程，體會定性分析推理的方法。科學探究用赫茲實驗證明電磁波的存在。科學態(tài)度與責任了解麥克斯韋對電磁學的貢獻，領會物理實驗對物理學發(fā)展的基礎意義。一、電磁振蕩1．振蕩電流：大小和方向都隨時間做________迅速變化的電流。2．振蕩電路：能夠產(chǎn)生__________的電路。由電感線圈L和電容器C組成最簡單的振蕩電路，稱為______振蕩電路。3．振蕩過程：如圖所示，先把開關置于電源一側，為電容器______，稍后再把開關置于線圈一側，使電容器通過線圈______。4．電磁振蕩：電流、電容器極板上的電荷量、電容器里的電場強度、線圈里的磁感應強度都在______地變化著。電場能和磁場能也會發(fā)生_________的轉化。周期性振蕩電流LC充電放電周期性周期性5．無阻尼振蕩和阻尼振蕩(1)無阻尼振蕩：在電磁振蕩中，沒有能量損失，振蕩電流的振幅永遠保持______的振蕩。(2)阻尼振蕩：振蕩電路中的能量逐漸損耗，振蕩電流的振幅逐漸______的振蕩。6．電磁振蕩的周期和頻率(1)周期：電磁振蕩完成一次________變化需要的時間。(2)頻率：電磁振蕩完成周期性變化的______與所用_____之比，數(shù)值等于單位時間內(nèi)完成的周期性變化的______。不變減小周期性次數(shù)時間次數(shù)二、麥克斯韋電磁理論的兩個基本假設1．變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生______。2．變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生______。3．電磁場：變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，形成__________的統(tǒng)一體。三、電磁波1．定義：變化的________在空間中的傳播，形成電磁波。2．特點(1)電磁波可以在真空中傳播。(2)電磁波在真空中的傳播速度等于光速c。(3)電磁波是橫波，其電場方向與磁場方向相互垂直，且二者均與傳播方向垂直。電場磁場不可分割電磁場3．麥克斯韋預言：麥克斯韋從理論上預見了電磁波的存在，并計算出其傳播速度等于______，由此麥克斯韋認為光是電磁波的一種形態(tài)。4．赫茲實驗：赫茲用實驗證實了電磁波的存在，并觀察到電磁波的反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象。(1)麥克斯韋研究電磁場理論預言了電磁波的存在，而赫茲則用實驗證實了電磁波的存在。(2)電磁波可以在真空中傳播，即傳播時不需要介質(zhì)。

光速1.音叉的振動產(chǎn)生聲音，但是要形成持續(xù)的聲音，則需要不斷地打擊音叉。手機接收的是電磁波，要產(chǎn)生持續(xù)的電磁波，需要持續(xù)變化的電流。怎樣才能產(chǎn)生這樣的電流呢？提示：要產(chǎn)生持續(xù)變化的電流，可以通過線圈和電容器組成的電路實現(xiàn)。2.如圖所示的振蕩電路，要增大振蕩電路的頻率。判斷下列方法是否正確。(1)減少電容器上所帶的電荷量。

()(2)在線圈中放入軟鐵棒作鐵芯。

()(3)減少線圈匝數(shù)。

()3.如圖所示，為某電路的電場隨時間變化的圖像，那么，該變化的電場能否在空間產(chǎn)生電磁波？提示：電場均勻變化，產(chǎn)生的磁場恒定不變，故不會在空間產(chǎn)生電磁波?！痢痢?．如圖是一列電磁波，判斷下列說法是否正確。(1)電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率有關。

()(2)周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波。

()(3)電磁波在傳播過程中可以發(fā)生干涉、衍射，但不能發(fā)生反射和折射。()×√×新知學習(一)|電磁振蕩過程分析[任務驅動]

如圖所示，將開關S擲向1，先給電容器充電，再將開關擲向2。(1)電容器通過線圈放電過程中，線圈中的電流怎樣變化？電容器的電場能轉化為什么形式的能？(2)在如圖所示的電路中，如果僅更換自感系數(shù)L更大的線圈，線圈因自感現(xiàn)象產(chǎn)生的自感電動勢是否更大？“阻礙”作用是否也更大？振蕩周期T會怎樣變化？提示：(1)電容器放電過程中，線圈中的電流逐漸增大，電容器的電場能轉化為磁場能。(2)自感電動勢更大，“阻礙”作用更大，振蕩周期變長。

[重點釋解]各物理量變化情況一覽表[典例體驗][典例]

(多選)如圖(a)所示，在LC振蕩電路中，通過P點的電流變化規(guī)律如圖(b)所示，且把通過P點向右的方向規(guī)定為電流i的正方向，則

(

)A．0.5～1s時間內(nèi)，電容器C在放電B．0.5～1s時間內(nèi)，電容器C的上極板帶正電C．1～1.5s時間內(nèi)，Q點的電勢比P點的電勢高D．1～1.5s時間內(nèi)，電場能正在轉變成磁場能[解析]

0.5～1s時間內(nèi)，振蕩電流是充電電流，充電電流是由負極板流向正極板，A、B錯誤；1～1.5s時間內(nèi)，振蕩電流是放電電流，放電電流是由正極板流向負極板，由于電流為負值，所以由Q流向P，Q點的電勢比P點的電勢高，電場能正在轉變成磁場能，C、D正確。[答案]

CD/方法技巧/LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法(1)根據(jù)電流流向判斷：當電流流向帶正電的極板時，電容器的電荷量增加，磁場能向電場能轉化，處于充電過程；反之，當電流流出帶正電的極板時，電荷量減少，電場能向磁場能轉化，處于放電過程。(2)根據(jù)物理量的變化趨勢判斷：當電容器的帶電荷量q(電壓U、電場強度E)增大或電流i(磁場B)減小時，處于充電過程；反之，處于放電過程。(3)根據(jù)能量判斷：電場能增加時充電，磁場能增加時放電。[針對訓練]1．(多選)如圖表示LC振蕩電路某時刻的情況，以下說法正確的是

(

)A．電容器正在放電B．電感線圈中的磁場能正在減少C．電感線圈中的電流正在減小D．此時刻自感電動勢正在阻礙電流增大解析：由題圖中電容器的正負極、磁感應強度的方向和安培定則可知，此時電流向著電容器帶負電的極板流動，也就是電容器處于放電過程中，這時兩極板電荷量和電壓、電場能處于減少過程，而電流正在增大，線圈中磁場能正在增加，A正確，B、C錯誤；由楞次定律可知，線圈中感應電動勢阻礙電流的增大，D正確。答案：AD

2．如圖甲所示的振蕩電路中，電容器極板間電壓隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示，規(guī)定回路中振蕩電流的方向為逆時針時為正方向，則電路中振蕩電流隨時間變化的圖像是

(

)新知學習(二)|麥克斯韋電磁場理論的理解[重點釋解]1．對麥克斯韋電磁場理論的理解電場磁場恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場不均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場2．電磁場與靜電場、磁場的比較三者可以在某空間混合存在，但由靜電場和磁場混合的空間不屬于電磁場。電磁場是電場、磁場相互激發(fā)，相互耦聯(lián)形成的統(tǒng)一體。電磁場由近及遠傳播，形成電磁波，如圖所示。[典例體驗][典例]

(多選)

如圖所示，在內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，有一直徑略小于玻璃圓環(huán)內(nèi)徑的帶正電荷的小球，正以速率v0沿逆時針方向勻速轉動。若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應強度B隨時間成正比例增加的變化磁場，設運動過程中小球所帶電荷量不變，那么

(

)A．小球對玻璃圓環(huán)的壓力不斷增大B．小球受到的洛倫茲力不斷增大C．小球先沿逆時針方向做減速運動，過一段時間后，沿順時針方向做加速運動D．洛倫茲力對小球一直不做功[解析]

玻璃圓環(huán)所在處有均勻變化的磁場，在周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的渦旋電場，對帶正電荷的小球做功。由楞次定律，判斷電場方向為順時針方向。在電場力作用下，小球先沿逆時針方向做減速運動，后沿順時針方向做加速運動。小球在水平面內(nèi)沿玻璃圓環(huán)半徑方向受兩個力作用：環(huán)的彈力FN和磁場的洛倫茲力F＝Bqv，而且兩個力的矢量和時刻等于小球做圓周運動的向心力。考慮小球速度大小、方向以及磁場強弱的變化，彈力FN和洛倫茲力F不一定始終在增大。洛倫茲力始終與小球做圓周運動的線速度方向垂直，所以洛倫茲力對小球不做功。[答案]

CD/方法技巧/(1)麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產(chǎn)生電場；變化的電場產(chǎn)生磁場。而產(chǎn)生的電場或磁場如何變化與原磁場或原電場的變化規(guī)律有關。(2)洛倫茲力對運動電荷永不做功，但變化的磁場產(chǎn)生的感應電場可以對運動電荷做功。

[針對訓練]1．關于電磁場的理論，下列說法正確的是

(

)A．變化的電場周圍產(chǎn)生的磁場一定是變化的B．變化的磁場周圍產(chǎn)生的電場一定是變化的C．均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生的電場是均勻變化的D．振蕩電場周圍產(chǎn)生的磁場也是振蕩的解析：非均勻變化的電場產(chǎn)生非均勻變化的磁場，而均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，所以變化的電場周圍一定產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍一定產(chǎn)生電場，但不一定變化，故A、B錯誤；均勻變化的磁場一定產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，而非均勻變化的電場產(chǎn)生非均勻變化的磁場，故C錯誤；周期性變化的振蕩電場一定產(chǎn)生同周期變化的振蕩磁場，故D正確。答案：D

2．下列關于電場與磁場的產(chǎn)生的理解正確的是

(

)3.某空間中出現(xiàn)了如圖中虛線所示的一組閉合的電場線，這可能是

(

)A．在中心點O有一靜止的點電荷B．沿AB方向有一段通有恒定電流的直導線C．沿BA方向的磁場在減弱D．沿AB方向的磁場在減弱解析：首先應知道閉合的電場線是由變化的磁場產(chǎn)生的，閉合的電場線類似于環(huán)形電流，根據(jù)楞次定律環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場由B→A，阻礙原磁場的變化，所以BA方向的磁場在減弱，選C。答案：C

新知學習(三)|電磁波和機械波的對比[典例體驗][典例]

(多選)水下機器人在水下開啟尋魚模式可以通過聲吶技術(通過發(fā)射聲波和接收回波判斷目標物的距離、方位和移動速度等信息)準確探測魚群。它也能將水下魚群信息通過無線電波傳輸上岸，由于在水中衰減快，其最大傳輸距離為80m。下列分析合理的是

(

)A．聲波和無線電波在水中的傳播速度相等B．無線電波在水中衰減指的是其頻率不斷減小C．發(fā)射聲波后能形成回波是波的反射現(xiàn)象D．若接收回波頻率大于發(fā)射聲波的頻率，說明魚正在靠近[解析]

聲音進入水中傳播速度會增大，無線電波進入水中速度會減小，但兩者的速度不相等，A錯誤；無線電波進入水中時頻率不變，波長變短，B錯誤；發(fā)射聲波后能形成回波是波的反射現(xiàn)象，C正確；根據(jù)聲音的多普勒效應可知，若接收回波頻率大于發(fā)射聲波的頻率，說明聲源接近觀察者，即魚正在靠近，D正確。[答案]

CD[系統(tǒng)歸納]電磁波與機械波的比較

機械波電磁波實質(zhì)力學現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性位移隨時間和空間做周期性變化電場強度E和磁感應強度B隨時間和空間做周期性變化傳播特點傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關，與頻率無關傳播無需介質(zhì)，在真空中波速總等于光速c，在介質(zhì)中傳播時，波速與介質(zhì)及頻率都有關續(xù)表[針對訓練]1．下列說法正確的是

(

)A．電磁波在真空中以光速c傳播B．在空氣中傳播的聲波是橫波C．聲波只能在空氣中傳播D．光需要介質(zhì)才能傳播解析：電磁波在真空中的傳播速度為光速c，選項A正確；在空氣中傳播的聲波是縱波，選項B錯誤；聲波可以在氣體中傳播，也可以在液體、固體中傳播，選項C錯誤；光可以在真空中傳播，因此，光不需要介質(zhì)也能傳播，選項D錯誤。答案：A

2．(多選)關于電磁波和機械波，下列說法正確的是

(

)A．電磁波和機械波的傳播都需要借助于介質(zhì)B．電磁波在任何介質(zhì)中傳播的速度都相同，而機械波的波速大小與介質(zhì)密切相關C．電磁波和機械波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象D．根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場產(chǎn)生磁場解析：機械波的傳播需要借助于介質(zhì)，但電磁波的傳播不需要借助介質(zhì)，A錯誤；電磁波和機械波的傳播速度都與介質(zhì)有關，B錯誤；電磁波和機械波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，C正確；變化的電場產(chǎn)生磁場，D正確。答案：CD

3．(多選)關于電磁波與聲波，下列說法正確的是

(

)A．電磁波是由電磁場發(fā)生的區(qū)域向遠處傳播，聲波是聲源的振動向遠處傳播B．電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播有時也不需要介質(zhì)C．由空氣進入水中傳播時，電磁波的傳播速度變小，聲波的傳播速度變大D．由空氣進入水中傳播時，電磁波的波長不變，聲波的波長變小解析：由電磁波和聲波的概念可知，A正確；因為電磁波可以在真空中傳播，而聲波屬于機械波，它的傳播需要介質(zhì)，在真空中不能傳播，B錯誤；電磁波在空氣中的傳播速度近似等于真空中的速度，大于在水中的傳播速度；聲波在水中的傳播速度大于在空氣中的傳播速度，C正確；無論是電磁波還是聲波，從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時頻率都不變，所以由波長λ＝及它們在不同介質(zhì)中的傳播速度可知，由空氣進入水中時，電磁波的波長變短，聲波的波長變長，D錯誤。答案：AC

一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

物理觀念——麥克斯韋電磁場理論1．(選自滬科版新教材課后練習)(多選)根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，變化的磁場可以產(chǎn)生電場。當產(chǎn)生的電場的電場線如圖所示時，可能是

(

)A．向上方向的磁場在增強B．向上方向的磁場在減弱C．向上方向的磁場先增強，然后反向減弱D．向上方向的磁場先減弱，然后反向增強解析：根據(jù)楞次定律可以確定，A、C正確，B、D錯誤。答案：AC

科學態(tài)度與責任——電磁波的產(chǎn)生2．(選自粵教版新教材課后練習)分析下列生活中的各種現(xiàn)象是否會產(chǎn)生電磁波，并說明原因。(1)開燈的一瞬間。(2)燈泡正常發(fā)光時。(3)關燈的一瞬間。(4)使用電吹風時。(5)電飯煲從加熱狀態(tài)自動跳轉到保溫狀態(tài)時。